- SPRAWOZDANIE -

1. Wstęp.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą działania licznika Geigera-Müllera oraz jego charakterystyką. Podczas zajęć zostało także przeanalizowane badanie statystycznego charakteru rozpadu promieniotwórczego.

1. Licznik Geigera-Müllera i jego charakterystyka.

Licznik Geigera-Müllera to detektor promieniowania jonizującego, którego działanie opiera się na wzmacnianiu procesów jonizacyjnych wywołanych przez promieniowanie β lub elektromagnetyczne promieniowanie γ oraz rentgenowskie. Wzmocnienie procesów jonizacji prowadzi do wytworzenia w liczniku wyładowania lawinowego, które nie zależy od energii padającego promieniowania, dlatego też licznik ten nie służy do wyznaczania energii promieniowania, a umożliwia jedynie jego rejestrację. Zbudowany jest z metalowego cylindra (katoda), w którego osi znajduje się drucik (anoda). Cylinder wypełniony jest gazem pod zmniejszonym ciśnieniem (najczęściej jest nim argon). Aby rejestrować promieniowanie β jedną z podstaw cylindra musi stanowić cienkie okienko wykonane z miki.

Charakterystyka licznika Geigera-Müllera

Charakterystyka licznika jest krzywą zależności liczby impulsów rejestrowanych w jednostce czasu od wartości przyłożonego napięcia, przy stałym natężeniu promieniowania. Poniżej napięcia Vp wyładowanie lawinowe nie powstaje przez to promieniowanie nie może być rejestrowane, natomiast Vp jest tzw. napięciem progowym. W przedziale napięć od V1 do V2 ilość zliczanych impulsów prawie nie zależy od napięcia - jest to obszar plateau licznika (powinien być możliwie duży).

1. Wykonanie pomiarów.

1. Pomiar mocy dawki źródła promieniotwórczego radiometrem wyposażonym w sondę Geigera-Müllera.

Zostały wykonane pomiary z wykorzystaniem sondy oraz programu komputerowego CW1 dla dwóch różnych co do grubości okienek sondy przy napięciu U_pracy=520V i czasie pomiaru 30 sekund. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdziliśmy, że mamy do czynienia z promieniowaniem β. Uzasadnić to można faktem, iż przy zastosowaniu grubego okna licznika liczba zarejestrowanych impulsów znacząco zmalała, niemalże do zera. Wiemy, że wpadające do licznika cząsteczki beta czy też wtórne elektrony związane z promieniowaniem elektromagnetycznym jonizują atomy gazu. W liczniku powstanie więc pewna ilość par jonów i mówimy o jonizacji pierwotnej obojętnego wcześniej gazu. Przy promieniowaniu β elektrony wtórne nie mogą być wybijane bezpośrednio z obudowy licznika, gdyż to cząsteczki beta inicjują jonizację, jeśli jednak postawimy tym cząsteczkom barierę w postaci grubego okienka, nie przenikną one do wnętrza licznika, a przez to nie zarejestrujemy impulsów, co pokazują nam wyniki pomiarów. Odrzucona została także możliwość, że mamy do czynienia z promieniowaniem α, ponieważ promieniowanie to ma tak dużą jonizację, że nie przeszło by nawet przez cienkie okienko.

Po zjonizowaniu atomów gazu, jony są przyśpieszane w polu elektrycznym między elektrodami. Pole to jest szczególnie silne w pobliżu anody i gdy powstałe w pierwotnej jonizacji elektrony docierają w ten obszar zyskują tak dużą energię kinetyczną, że jonizują kolejne atomy. Z kolei elektrony oderwane od tych atomów jonizują następne atomy i tak powstaje wyładowanie lawinowe, które jest podtrzymywane przez wybijane z katody fotoelektrony (w związku z powstającym we wzbudzonych atomach gazu promieniowaniem ultrafioletowym) oraz przez elektrony, które powstają na wskutek bombardowania katody przez docierające do niej jony dodatnie gazu.

Ogólne równanie rozpadu β- :

Równanie rozpadu β- z ćwiczenia:

1. Wyznaczenie charakterystyki kielichowego licznika Geigera-Müllera.

W pierwszej kolejności zostało wyznaczone napięcie progowe z wykorzystaniem programu CW1. Podczas pomiaru trwającego 100 s, powoli zmniejszane było napięcie, aż do momentu, gdy liczba rejestrowanych impulsów wyniosła 0. Otrzymano U_progowe =418V.

Następnie wykonaliśmy 46 pomiarów ilości impulsów rozpoczynając od napięcia 840V a na progowym kończąc. Wyniki te importowaliśmy do programu ORIGIN, gdzie uzyskaliśmy wykres charakterystyki licznika Geigera-Müllera, na podstawie której zostały wyliczone parametry plateau.

Dla U_1,I₁: X₁=651,398356, Y₁=2860,88356

Dla U₂,I_2: X₂=779,746972, Y₂=3573,58104

U_pracy= (U₁+U₂)/2 = (651+779)/2 = 715V

Długość plateau:

Nachylenie plateau:

1. Rejestrowanie histogramów źródeł promieniotwórczych.

Podczas ćwiczenia został wykonany histogram rozkładu Gaussa na podstawie 2000 pomiarów (czas pojedynczego pomiaru wyniósł 0,1s). Dla dwóch konkretnych wartości policzone zostało prawdopodobieństwo doświadczalne oraz prawdopodobieństwo wynikające z rozkładu Gaussa.

Poniżej został umieszczony histogram doświadczalny.

1. Wnioski.

Na podstawie wykonanych histogramów można stwierdzić, że wyniki doświadczenia podlegają przewidywanemu rozkładowi statystycznemu – histogram doświadczalny ma kształt zbliżony do rozkładu Gaussa. Gdyby tak nie było wykres prawdopodobieństwa rysował się następująco: